Une nouvelle étude bouscule les idées reçues et ouvre la voie à l'avenir des dispositifs électrochimiques
"Nos résultats remettent en question la compréhension traditionnelle du processus de charge dans les dispositifs électrochimiques"
Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'université de Cambridge révèle une découverte surprenante qui pourrait transformer l'avenir des dispositifs électrochimiques. Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour le développement de matériaux avancés et l'amélioration des performances dans des domaines tels que le stockage de l'énergie, l'informatique cérébrale et la bioélectronique.
Illustration d'artiste d'un polymère électronique dans l'eau conduisant à la fois des charges ioniques et électroniques.
Scott T. Keene
Le bon fonctionnement des dispositifs électrochimiques repose sur le mouvement des particules chargées, qu'il s'agisse d'ions ou d'électrons. Cependant, comprendre comment ces particules chargées se déplacent ensemble a représenté un défi important, entravant les progrès dans la création de nouveaux matériaux pour ces dispositifs.
Dans le domaine de la bioélectronique, qui évolue rapidement, des matériaux conducteurs souples, connus sous le nom de polymères conjugués, sont utilisés pour mettre au point des dispositifs médicaux pouvant être utilisés en dehors du cadre clinique traditionnel. Par exemple, ce type de matériaux peut être utilisé pour fabriquer des capteurs portables qui surveillent la santé des patients à distance ou des dispositifs implantables qui traitent activement les maladies.
Le plus grand avantage de l'utilisation d'électrodes en polymères conjugués pour ce type de dispositifs est leur capacité à coupler de manière transparente des ions, responsables des signaux électriques dans le cerveau et le corps, avec des électrons, porteurs de signaux électriques dans les dispositifs électroniques. Cette synergie améliore la connexion entre le cerveau et les dispositifs médicaux, en traduisant efficacement ces deux types de signaux.
Dans cette dernière étude sur les électrodes en polymères conjugués, publiée dans Nature Materials, les chercheurs font état d'une découverte inattendue. On pense généralement que le mouvement des ions est la partie la plus lente du processus de charge parce qu'ils sont plus lourds que les électrons. Cependant, l'étude a révélé que dans les électrodes en polymère conjugué, le mouvement des "trous" - des espaces vides dans lesquels les électrons peuvent se déplacer - peut être le facteur limitant la vitesse de chargement du matériau.
À l'aide d'un microscope spécialisé, les chercheurs ont observé de près le processus de charge en temps réel et ont constaté que lorsque le niveau de charge est faible, le mouvement des trous est inefficace, ce qui ralentit le processus de charge beaucoup plus que prévu. En d'autres termes, et contrairement aux connaissances habituelles, les ions conduisent plus rapidement que les électrons dans ce matériau particulier.
Cette découverte inattendue apporte un éclairage précieux sur les facteurs qui influencent la vitesse de chargement. L'équipe de chercheurs a également découvert qu'en manipulant la structure microscopique du matériau, il est possible de réguler la vitesse à laquelle les trous se déplacent pendant la charge. Ce nouveau contrôle et cette capacité à ajuster avec précision la structure du matériau pourraient permettre aux scientifiques de concevoir des polymères conjugués plus performants, permettant des processus de charge plus rapides et plus efficaces.
"Nos résultats remettent en question la compréhension conventionnelle du processus de charge dans les dispositifs électrochimiques", a déclaré le premier auteur, Scott Keene, du laboratoire Cavendish de Cambridge et de la division de génie électrique. "Le mouvement des trous, qui agissent comme des espaces vides dans lesquels les électrons se déplacent, peut être étonnamment inefficace pendant les faibles niveaux de charge, ce qui entraîne des ralentissements inattendus".
Les implications de ces résultats sont considérables, offrant une voie prometteuse pour la recherche et le développement futurs dans le domaine des dispositifs électrochimiques pour des applications telles que la bioélectronique, le stockage de l'énergie et l'informatique cérébrale.
"Ce travail aborde un problème de longue date dans le domaine de l'électronique organique en éclairant les étapes élémentaires qui ont lieu pendant le dopage électrochimique des polymères conjugués et en soulignant le rôle de la structure de bande du polymère", a déclaré George Malliaras, auteur principal de l'étude et Prince Philip Professor of Technology au sein de la division de génie électrique du département d'ingénierie.
"Grâce à une meilleure compréhension du processus de charge, nous pouvons désormais explorer de nouvelles possibilités dans la création d'appareils médicaux de pointe qui peuvent s'intégrer de manière transparente au corps humain, de technologies portables qui fournissent un suivi de la santé en temps réel et de nouvelles solutions de stockage d'énergie avec une efficacité accrue", a conclu le professeur Akshay Rao, coauteur principal, également du Cavendish Laboratory de Cambridge.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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